DE1763889A1 - Protection circuit for power transistors - Google Patents

Protection circuit for power transistors

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Karl-Ernst Dipl-Ing Wust
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
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Description

Schutzschaltung für Leistungstransistoren Zn der kontaktlosen Steuer- und Regeltechnik ist es üblich, das Endglied einer Steuerkette mit einer transistorisierten Schaltverstärkerstufe zu besetzen, welche den Laststromkreis steuert. Die Ausgangsschältung solcher Schaltverstärker ist in der Regel so ausgeführt, daß der Kollektor des Leistungstransistors an eine außen am Baustein zugängliche Klemme geführt wird und daß am Baustein eine weitere Klemme (Ausgangsklemme) vorhanden ist, an der das Betriebspotential der Speisestromquelle anliegt. Die zu steuernde Last, z.B. ein mehr oder weniger niederohmiger Wider- stand, ein Magnetventil bzw. ein Schütz, wird dann an diese bei- den Ausgangsklemmen angeschlossen. Werden versehentlich diese beiden Klemmen (Ausgangsklemmen) des Schaltverstärkers mitein- ander verbunden, so fließt ein so hoher Kurzschlußstrom im Lei- stungstransistor, daß dieser durch thermische Einflüsse überlastet und zerstört wird. Die gleichen Folgen können eich ergeben, wenn . .die anzuschließende Last in Bezug auf die Größe des Leistungs- transistors zu niederohmig gewählt wird. Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, eine Schutzschaltung für solche Leistungsendstufen aulzubauent welche sicherstellen soll, daß die zulässige Leistungetraneistor-Verlustleistung unter keinen Umständen überschritten werden kann, sobald ein Kurzschlu9 an den Außenklemmen auftritt. Daneben befaßt sich die Erfindung mit der weiteren Aufgabe, den gefährdeten'Zeistungstraneiatbrschaltverstärker selbsttätig wieder voll betriebsfähig zu machen, sobald der Kurzschluß bzw. die Überlast versohwindet. Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf eine Schutzschaltung für einen mindestens einen Leistungstransistor enthaltenden Schait- verstärker, an den die zu schaltende Laut über Ausgangsklemmen anschließbar ist, von denen die eine mit dem Betriebspotential der Stromversorgung, die andere mit dem Kollektor des Leistungs- transistors verbunden ist. Die Erfindung besteht bei einer sol- chen Schutzschaltung darin, daß der Stromistwert in der Schalt- etrecke des Leistungstransistors mit einem vorgegebenen, in einer Hilfsschaltung festlegbaren Stromsollwert vermittels einer Diffe- renzverstärkerstufe miteinander verglichen werden, welche bei Stromistwertübersehreitung den Steuerstrom des den Leistungstran- sistor beeinflussgnden Voratufentransistors vermindert. Nach einem -weiteren Merkmal der Erfindung ist der Hilfsschaltung eine Span- nungsüberwachung zugeordnet, die in Abhängigkeit von der Kollektor- spannung des Leistungstransistors, vorzugsweise über eine Zener- diode, einen den Stromsollwert beeinflussenden Transistor steuert. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung beeinflußt die Spannungs- überwaehung den Hilfstransistors über ein Verzögerungsglied. Die Erfindung sei nachstehend anhand eines Ausführungebeispieles näher erläutert. Die Figur veranschaulicht zwei gerahmte Teile, von denen der obere Teil den Schaltverstärker SV umfaßt, der dreistufig mit Transisto- ren aufgebaut ist. Die Transistoren p1 und p2 sind Vorstufentran- sistoren, der Transistor p3 ist der Leistungstransistor, dessen Kollektor mit der Ausgangsklemme .A verbunden ist,'während die zweite Ausgangsklemme B mit dem Betriebspotential der Stromversor- gungsquelle verbunden ist. Zwischeh den Ausgangsklemmen A und H kann die zu steuernde Last L angeschlossen werden. Die Schaltver- atärkerstufe SV wird'in üblicher bekannter leise über Eingangsklem- men E1 bis E3 angesteuert. Gelangt ein Eingangssignal auf einen der drei Eingänge, so wird der Laststromkreis geschlossen; verschwindet . das Eingangssignal, so wird auch die Last abgeschaltet. Worden-die Ausgangeklempen A und H versehentlich kurzgeschlossen oder ist die zu steuernde Last zu niederohrig, so ist der npn-Leietungetran- eistor p3 get#hrdet und kann zerstört werden, wenn ein Eingange- ,signal an eine der gingangekleaäen $1*bie E3 angelegt wird. Um eine solche Gefährdung des Leistutt«etransietcrs zu verhindern, ist zwi- schon den-&mitter des'Leistuhgstraneietors p3 und den Bezugepotea- tial Xp, d.h. der Bitte einer Batterie, deren positiver Pol mit P ,-und deren negativer Pol mit g bezeichnet ist, ein Widerstand rg eingltügt. Diroer #ideretand let niederohriger a11. der zwischen die Klemmen A, H einfügbare Lastwiderstand L: Der Spannungsabfall an $ta den ütromistwert abbildenden Widerstand r6 wird in der Differenever- stärkeretufe mit den Tranetatoren p41 und p42 der Schutzschaltung $8 mit einen Stlroasoliwert verglichen, welcher an den Spannungetei- lerwiAeretdnden r11 und r12 einstellbar ist. In Kurzschlu8- bzw: iss Qberlsetfall des Schaltverstärkers SV wird damit der Ansteuerstron des Vorstufentraneistors p1 der Sahaltverstärkerstufe SV verringert und dadurch der Kureschlugstron begrenzt. Der Kurzschlußstrom kann in übrigen noch durch eine von der ansteigenden Kollektor-Emitter- Spannung des Leistungetrantietors p3 gesteuerte Reduzierung den Stronsollwertes soweit herabgesetzt werden, daß die lässige Ver- lustleistung nicht überschritten wird. Nach Verschwinden der Über- laetung oder des Kurzschlusses wird die Verstärkeretufe SV selbst- tätig.wieder für den normalen Schaltbetrieb freigegeben. Die Arbeitsweise der Schutzschaltung 3S ist folgende: Der am Wider- stand r6 der Schaltverstärkerstufe SV abgebildete Stromigtwert und der durch .den Spannungsteiler r11/r12 der Schutzschaltung SS vorge- gebene Stromsollwert werden über die Differenzveratärkerstufe DV mit den Transistoren p41 und p42 miteinander verglichen. Hierzu ist der Emitter des Leistungstransistors p3 der Schaltverstärkerstufe SV mit der Basis des Transistors p42 der Schutzschaltung SV ver- bunden, während der Verbindungspunkt des Spannungstellers r11, r12 der Schutzschaltung SS auf die Basis des Transistors p41 der Diffe- renzverstärkeratufe DV einwirkt. Im Ruhezustand, d.h. wenn eine Überlast im Kollektorkreis des Leistungstransistors p3 der Schalt- veratärkerstufe SV nicht vorliegt, ist der Transistor p41 der Differenzverstärkerstufe DV der Schutzschaltung S9 gesperrt, wäh- rend der Transistor p42 durchgesteuert ist, da dessen Basis an- nähernd auf Bezugspotential Mp liegt und die Basis des Transistors p41 durch den Spannungsteiler mit den Widerständen r11, r12 voraus- . setzungsgemäß so vorgespannt ist, daß das gleiche Potential an der Basis des Transistors p42 erst dann erreicht wird, wenn im Kollektor- kreis des Leistungstransistors p3 der Nennstrom überschritten wird. Dieser Fall tritt bei einer Überlaetugg oder bei einem Kurzschluß im Laststromkreis ein. Liegt eine solche Belastung vor, dann beginnt der Transistor p42 zu sperren, wobei sein Kollektorpotential negativ wird. Über den Widerstand r? im Schaltverstärker SV wird dem Vor- atufentransistor p1 dann_Steueratrom entzogen und dadurch der im Kollektorkreis des Leistungstransistors p3 fließende Kurzachlußatrom auf den Nennstrom begrenzt. Da im Kurzschlußfall aber auch die volle Kollektorspannung am Leistungstransistor p3 anliegen kann, würde-die dann in unzulässiger Weise überschrittene Verlustleistung zu dessen Zerstörung führen. Da die Verluatleiatung bei Kurzschluß aber nur wenig über der bei Nennbetrieb liegen soll, muß der Ko-llektorstrom des Leistungstransistors p3 mit ansteigender Kollektor-Emitter- apannung reduziert werden. Dies geschieht über einen Hilfstransistor p5 in der Schutzschaltung SS: Mit diesem Transistor p5 wird nämlich das Potential an der Basis des Transistors p41 der-Differenzveratärkerstufe DV im Sinne einer Herabsetzung des Stromaollwertes@beeinflußt. Das dem Hilfstransistor p5 auauführende Eingangssignal, wel- eben dem Kollektor des Leistungatranaistors entnommen und über eine Zenerdiode Z mittelbar der Basis des Hilfstransistors p5 zugeführt wird, ist zweckmäßig vermittels der Widerstände r15, r16 und des Kondensators k2 geringfügig zu verzögern, um die Schutzschaltung SS beim normalen Umpchalten den Schaltverstärkers SV nicht wirksam werden zu lassen. Beide Bausteine, d.h. die Schutzschaltung SS einerseits und der Schaltverstärker SV andererseits, können in getrennten Gehäusen untergebracht seXn, so daß es möglich ist, einen beliebigen Schalt- verstärker SV der gezeigten Hauart mit einer Schutzschaltung SS gemäJ der Erfindung jederzeit nachzurüsten, wenn besondere Verhält- niese dies erfordern. Protection circuit for power transistors Zn of the contactless control and regulation technology, it is common to occupy the end link of a control chain with a transistorized switching amplifier stage, which controls the load circuit. The output peeling Tung such switching amplifier is generally carried out so that the collector of the power transistor is supplied to an externally accessible at the module terminal and that on the block a further terminal (output terminal) is present, at which the operating potential of the supply current source is present. The load to be controlled, for example, was a more or less low-resistance, a solenoid valve or a contactor is then connected to these examples the output terminals. If these two terminals (output terminals) of the switching amplifier are accidentally connected to one another, such a high short-circuit current flows in the power transistor that it is overloaded and destroyed by thermal influences. The same consequences can result if . .the load to be connected is selected to be too low-resistance in relation to the size of the power transistor. The invention is concerned with the task of building a protective circuit for such power output stages which is intended to ensure that the permissible power transistor power loss can not be exceeded under any circumstances as soon as a short circuit occurs at the external terminals. In addition, the invention is concerned with the further task of automatically making the endangered power transmission amplifier fully operational again as soon as the short circuit or the overload disappears. Accordingly, the invention relates to a protective circuit for a switching amplifier containing at least one power transistor, to which the sound to be switched can be connected via output terminals, one of which is connected to the operating potential of the power supply, the other to the collector of the power transistor . In such a protective circuit, the invention consists in that the actual current value in the stretch of the power transistor with a predetermined, in a Auxiliary circuit definable current setpoint by means of a differential reference amplifier stage are compared with each other, which at Current actual value overshoot the control current of the power transmission sistor-influencing Voratufentransistors reduced. After a Another feature of the invention is the auxiliary circuit a voltage monitoring, which depends on the collector voltage of the power transistor, preferably via a Zener diode, controls a transistor influencing the current setpoint. According to a further feature of the invention, the voltage influences Monitoring of the auxiliary transistor via a delay element. The invention is based on an exemplary embodiment below explained in more detail. The figure illustrates two framed parts, the top of which Part includes the switching amplifier SV, the three-stage with transistor ren is built. The transistors p1 and p2 are pre-stage trans- sistors, the transistor p3 is the power transistor, its Collector is connected to the output terminal .A, while the second output terminal B with the operating potential of the power supply power source is connected. Between the output terminals A and H. the load L to be controlled can be connected. The switching Atärkerstufe SV is usually known quietly via input terminal men E1 to E3 controlled. If an input signal arrives at one of the three inputs, the load circuit is closed; disappears . the input signal, the load is also switched off. Became-the Output terminals A and H accidentally shorted or is the The load to be controlled is too low-ear, the npn line is eistor p3 is grounded and can be destroyed if an input , signal to one of the gang signs $ 1 * when E3 is created. To a Preventing such endangerment of the performance is between already in the middle of the 'Leistuhgstraneietor p3 and the reference pota- tial Xp, ie the request of a battery whose positive pole starts with P , -and whose negative pole is denoted by g, a resistor rg is true. Diroer #ideretand let low-eared a11. the one between the Terminals A, H insertable load resistance L: The voltage drop at $ ta the resistor r6 representing the actual current value is stronger stage with the tranetatoren p41 and p42 of the protection circuit $ 8 compared with a Stlroasoliwert, which is based on the voltage dividers lerwiAeretdnd r11 and r12 is adjustable . In short circuit or: iss When the switching amplifier SV overloads, it becomes the control current of the pre-stage transistor p1 of the Sahalt amplifier stage SV is reduced and thereby the Kureschlugstron limited. The short circuit current can otherwise by one of the rising collector-emitter Voltage of the power entrance gate p3 controlled reduction of the Current setpoint can be reduced to such an extent that the permissible power is not exceeded. After the disappearance of the line or short circuit, the amplifier stage SV is self- active. released again for normal switching operation. The 3S protective circuit works as follows: The stand r6 of the switching amplifier stage SV and Stromigtwert shown which is provided by the voltage divider r11 / r12 of the protective circuit SS The current setpoint given is via the differential amplifier stage DV compared with the transistors p41 and p42. This is the emitter of the power transistor p3 of the switching amplifier stage SV with the base of the transistor p42 of the protective circuit SV bound, while the connection point of the voltage regulator r11, r12 the protective circuit SS to the base of the transistor p41 of the dif- renzsteigeratufe DV acts. In the idle state, ie when a Overload in the collector circuit of the power transistor p3 of the switching Veratärkerstufe SV is not present, the transistor p41 is the Differential amplifier stage DV of protective circuit S9 blocked, while rend transistor p42 is turned on because its base is is close to the reference potential Mp and the base of the transistor p41 by the voltage divider with the resistors r11, r12 in advance. . is legally biased so that the same potential at the Base of transistor p42 is only reached when the collector circuit of the power transistor p3 the rated current is exceeded. This case occurs in the event of an overload or a short circuit in the load circuit. If there is such a load, then begins the transistor p42 to block, its collector potential being negative will. About the resistance r? in the switching amplifier SV is the pre- atufentransistor p1 dann_Steueratrom withdrawn and thereby the im Collector circuit of the power transistor p3 flowing Kurzachlußatrom limited to the nominal current. Since in the event of a short circuit, however, also the full Collector voltage can be present at the power transistor p3, would-die then inadmissibly exceeded power loss to its Cause destruction. Since the loss in the event of a short circuit is only The collector current must be a little above that at nominal operation of the power transistor p3 can be reduced with increasing collector-emitter voltage. This is done via an auxiliary transistor p5 in the protective circuit SS: with this transistor p5 the potential at the base of the transistor p41 of the differential amplifier stage DV is influenced in the sense of a reduction in the nominal current value @. The auxiliary transistor p5 auauführende input signal just WEL the collector of Leistungatranaistors removed and indirectly via a zener diode Z of the base of the auxiliary transistor P5 is supplied, is convenient means of the resistors r15, r16 and the capacitor k2 slightly delay to the protective circuit SS in normal Umpchalten not to let the switching amplifier SV take effect. Both modules, ie the protective circuit SS on the one hand and the switching amplifier SV on the other hand, can be accommodated in separate housings, so that it is possible to retrofit any switching amplifier SV of the type shown with a protective circuit SS according to the invention at any time if special conditions sneezes require this.

Claims (3)

Patentansprüche ' 1. Schutzschaltung für'einen mindestens einen Leistungstransistor ent- haltenden Schaltverstärker, an den die zu schaltende Last über Aue- gangnklemmen anschließbar ist, vin denen die eine mit dem-Betriebepotential der Stromversorgung, die andere mit dem Kollektor des Lei- atungstransistors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, maß der Stromistwert in der Schaltetrecke des, heietungstransistors (p3) mit einem vorgegebenen, in einer Hilfsschaltung (SS) fentlegbaren Strom-sollwert vermittels einer Differenzverstärkerstufe (DV) miteinander verglichen werden, welche bei Stronietwertüberechreitung den Steuer- etrom des den Leistungstransistor (p3) beeinflussenden Vorstufentransistorn (p1) vermindert. Claims' 1 protection circuit für'einen least corresponds a power transistor retaining switching amplifier is connected to the gear clamp load to be switched over Aue, vin which the other is connected a atungstransistors with the structures potential of the power supply, with the collector of the managerial is characterized in that the actual current value measured in the Switches Stretch of, heietungstransistors (p3) command value with a predetermined fentlegbaren in an auxiliary circuit (SS) electricity by means of a difference amplifier stage (DV) are compared, which Etrom the control at Stronietwertüberechreitung of the The pre-stage transistor (p1) influencing the power transistor (p3) is reduced. 2. Schutzschaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, maß der Hilfsschaltung (SS) eine Spannungeüberwachungsnchaltung (p5) zuge- ordnet ist, welche in Abhängigkeit von der Kollektorspannung den Leistungstransistors (p3), vorzugsweise über eine Zenerdiode (Z), ,-einen den Stromsollwert beeinflussenden Transistor (p5) steuert. 2. Protection circuit according to claim i, characterized in that the auxiliary circuit (SS) is assigned a voltage monitoring circuit (p5) which, as a function of the collector voltage, the power transistor (p3), preferably via a Zener diode (Z) , -ein the Current setpoint influencing transistor (p5) controls. 3. Schutzschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, maß die Spannungsüberwachung den Transistor (p5) über ein Verzögerungsglied (r15, r16, k2) beeinflußt. 3. Protection circuit according to claim 2, characterized in that the voltage monitoring affects the transistor (p5) via a delay element (r15, r16, k2).
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2509925A1 (en) * 1981-07-16 1983-01-21 Bosch Gmbh Robert SHORT CIRCUIT PROTECTED CONNECTION DEVICE FOR USER ELECTRICAL APPARATUS
EP0082493A2 (en) * 1981-12-21 1983-06-29 BROWN, BOVERI & CIE Aktiengesellschaft Control circuit for short-circuit-proof output stages
WO1991015058A1 (en) * 1990-03-23 1991-10-03 Robert Bosch Gmbh Short-circuit resistant transistor final stage, in particular ignition final stage for motor vehicles

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2509925A1 (en) * 1981-07-16 1983-01-21 Bosch Gmbh Robert SHORT CIRCUIT PROTECTED CONNECTION DEVICE FOR USER ELECTRICAL APPARATUS
EP0082493A2 (en) * 1981-12-21 1983-06-29 BROWN, BOVERI & CIE Aktiengesellschaft Control circuit for short-circuit-proof output stages
EP0082493A3 (en) * 1981-12-21 1985-01-02 BROWN, BOVERI & CIE Aktiengesellschaft Control circuit for short-circuit-proof output stages
WO1991015058A1 (en) * 1990-03-23 1991-10-03 Robert Bosch Gmbh Short-circuit resistant transistor final stage, in particular ignition final stage for motor vehicles

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